Elastische AbsperrklappenSie sind die am weitesten verbreitete Art von Absperrklappen in industriellen Rohrleitungen. Sie verwenden elastische Materialien wie Gummi als Dichtfläche und nutzen die Materialelastizität und die strukturelle Kompression, um eine Dichtleistung zu erzielen.
Dieser Artikel stellt nicht nur Struktur, Verwendungsmöglichkeiten und Materialien vor, sondern analysiert sie auch vom allgemeinen Wissen bis hin zur tiefgründigen Logik.
1. Grundlegendes Verständnis von elastischen Absperrklappen (Kurzbeschreibung)
1.1 Grundstruktur
Ventilkörper:Üblicherweise Wafer-, Lug- oder Flanschtyp.
Ventilscheibe:Eine kreisförmige Metallplatte, die beim Schließen den Gummisitz zusammendrückt und so eine Abdichtung erzeugt.
Ventilsitz:Hergestellt aus elastischen Materialien wie NBR/EPDM/PTFE/gummierter Auskleidung, die mit der Ventilscheibe zusammenwirken.
Ventilschaft:Meist wird eine Ein- oder Zweiwellenkonstruktion verwendet.
Aktor:Handgriff, Schneckengetriebe, elektrisch, pneumatisch usw.
1.2 Gemeinsame Merkmale
Die Dichtungsebene erreicht in der Regel absolute Dichtheit.
Niedrige Kosten und breites Anwendungsspektrum.
Wird hauptsächlich in Niederdruck- bis Mitteldrucksystemen wie Wasserversorgung, Klimaanlagen, Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik sowie in der Leichtchemie eingesetzt.
2. Missverständnisse über elastische Absperrklappen
2.1 Das Wesen der Dichtung liegt in der Elastizität des Gummis.
Viele glauben: „Elastische Sitze beruhen auf der Elastizität des Gummis zur Abdichtung.“
Das wahre Wesen des Versiegelns ist:
Ventilkörper + Ventilschaft-Mittenabstand + Ventilscheibendicke + Ventilsitz-Einbettungsmethode
Zusammen bilden sie eine „kontrollierte Kompressionszone“.
Einfach ausgedrückt:
Das Gummi darf weder zu locker noch zu fest sitzen; es beruht auf einer „Dichtungskompressionszone“, die durch die Präzision der Bearbeitung gesteuert wird.
Warum ist das so wichtig?
Unzureichende Kompression: Ventil ist undicht, wenn es geschlossen ist.
Übermäßige Kompression: Extrem hohes Drehmoment, vorzeitige Alterung des Gummis.
2.2 Ist eine stromlinienförmigere Scheibenform energieeffizienter?
Gängige Ansicht: Stromlinienförmige Ventilscheiben können den Druckverlust reduzieren.
Dies trifft zwar auf die Theorie der Strömungsmechanik zu, ist aber nicht uneingeschränkt auf die tatsächliche Anwendung von elastischen Absperrklappen übertragbar.
Grund:
Die Hauptursache für Druckverluste in Absperrklappen ist nicht die Form des Ventiltellers, sondern der durch die Kontraktion des Ventilsitzgummis entstehende „Mikrokanal-Tunneleffekt“. Ist der Ventilteller zu dünn, kann er nicht genügend Anpressdruck erzeugen, was zu ungleichmäßiger Dichtung und Leckagen führen kann.
Eine stromlinienförmige Ventilscheibe kann zu scharfen Spannungsspitzen im Gummi führen und dessen Lebensdauer verkürzen.
Daher wird bei der Konstruktion von weichdichtenden Absperrklappen der „Stabilität der Dichtungslinie“ Vorrang vor einer strömungsgünstigen Formgebung eingeräumt.
2.3 Weichdichtende Absperrklappen besitzen nur eine Mittellinienstruktur
Im Internet liest man oft, dass exzentrische Absperrklappen mit harten Metalldichtungen ausgestattet sein sollten.
Die praktische Erfahrung im Ingenieurwesen zeigt jedoch Folgendes:
Doppelte Exzentrizität verbessert die Lebensdauer von elastischen Absperrklappen deutlich.
Grund:
Doppelte Exzentrizität: Die Ventilscheibe berührt das Gummi nur während der letzten 2-3° des Schließvorgangs, wodurch die Reibung deutlich reduziert wird.
Geringeres Drehmoment, was zu einer wirtschaftlicheren Aktuatorwahl führt.
2.4 Das wichtigste Kriterium für den Gummisitz ist die „Materialbezeichnung“.*
Die meisten Nutzer konzentrieren sich nur auf:
EPDM
NBR
Viton (FKM)
Was die Lebensspanne aber wirklich beeinflusst, ist Folgendes:
2.4.1 Shore-Härte:
Beispielsweise gilt für EPDM bei der Shore-A-Härte nicht: „Je weicher, desto besser“. Üblicherweise liegt der optimale Kompromiss bei 65–75 Shore A, wodurch bei niedrigem Druck (PN10–16) absolute Dichtheit erreicht wird.
Zu weich: Geringes Drehmoment, aber reißt leicht. Bei hohen Druckspitzen (>2 MPa) oder in turbulenten Umgebungen wird weicher Gummi übermäßig komprimiert, was zu Extrusionsverformung führt. Hohe Temperaturen (>80 °C) führen zudem zu einer weiteren Erweichung des Gummis.
Zu hart: Schwer abzudichten, insbesondere in Niederdrucksystemen (<1 MPa), wo der Gummi nicht ausreichend komprimiert werden kann, um eine luftdichte Verbindung zu bilden, was zu Mikroleckagen führt.
2.4.2 Vulkanisationstemperatur und Aushärtungszeit
Vulkanisationstemperatur und -zeit steuern die Vernetzung der Kautschukmolekülketten und beeinflussen somit direkt die Stabilität der Netzwerkstruktur und die Langzeitleistung. Typische Werte liegen bei 140–160 °C und 30–60 Minuten. Zu hohe oder zu niedrige Temperaturen führen zu ungleichmäßiger Vulkanisation und beschleunigter Alterung. Unser Unternehmen verwendet üblicherweise eine mehrstufige Vulkanisation (Vorvulkanisation bei 140 °C, gefolgt von einer Nachvulkanisation bei 150 °C). 2.4.3 Druckverformungsrest
Der Druckverformungsrest bezeichnet den Anteil der bleibenden Verformung, den Gummi unter konstanter Belastung (üblicherweise 25–50 % Kompression, geprüft bei 70 °C/22 h, ASTM D395) erfährt und sich nicht vollständig zurückbildet. Der ideale Wert für den Druckverformungsrest liegt unter 20 %. Dieser Wert stellt den kritischen Punkt für die dauerhafte Dichtheit des Ventils dar; dauerhafter hoher Druck führt zu permanenten Spalten und damit zu Leckagen.
2.4.4 Zugfestigkeit
A. Die Zugfestigkeit (üblicherweise >10 MPa, ASTM D412) ist die maximale Spannung, die der Gummi vor dem Bruch aushält, und ist entscheidend für die Verschleiß- und Reißfestigkeit des Ventilsitzes. Der Gummigehalt und das Rußverhältnis bestimmen die Zugfestigkeit des Ventilsitzes.
Bei Absperrklappen widersteht es der Scherung durch die Kante des Ventiltellers und dem Aufprall von Flüssigkeiten.
2.4.5 Die größte versteckte Gefahr von Absperrklappen ist die Leckage.
Bei technischen Unfällen ist oft nicht die Leckage das größte Problem, sondern vielmehr der Anstieg des Drehmoments.
Was wirklich zu einem Systemversagen führt, ist Folgendes:
Plötzlicher Drehmomentanstieg → Beschädigung des Schneckengetriebes → Auslösung des Stellantriebs → Blockierung des Ventils
Warum steigt das Drehmoment plötzlich an?
- Ausdehnung des Ventilsitzes bei hohen Temperaturen
- Wasseraufnahme und Ausdehnung des Gummis (insbesondere von minderwertigem EPDM)
- Dauerhafte Verformung des Gummis aufgrund langfristiger Kompression
- Fehlerhafte Auslegung des Spalts zwischen Ventilschaft und Ventilscheibe
- Ventilsitz nach dem Austausch nicht richtig eingelaufen
Daher ist die "Drehmomentkurve" ein sehr wichtiger Indikator.
2.4.6 Die Bearbeitungsgenauigkeit des Ventilkörpers ist nicht unwichtig.
Viele glauben fälschlicherweise, dass die Abdichtung von weichdichtenden Absperrklappen hauptsächlich auf Gummi beruht, weshalb die Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit des Ventilkörpers nicht hoch sind.
Das ist völlig falsch.
Die Genauigkeit des Ventilkörpers beeinflusst:
Ventilsitznuttiefe → Dichtungskompressionsabweichung, die leicht zu Fehlausrichtungen beim Öffnen und Schließen führen kann.
Unzureichende Anfasung der Nutkante → Kratzer bei der Ventilsitzmontage
Fehler im Mittenabstand der Ventilscheibe → lokalisierter übermäßiger Kontakt
2.4.7 Das Herzstück von „vollständig mit Gummi/PTFE ausgekleideten Absperrklappen“ ist die Ventilscheibe.
Der Kern der vollständig mit Gummi oder PTFE ausgekleideten Konstruktion besteht nicht darin, „eine größere, scheinbar korrosionsbeständige Fläche“ zu bieten, sondern das Eindringen des Mediums in die Mikrokanäle im Inneren des Ventilkörpers zu verhindern. Viele Probleme mit preiswerten Absperrklappen sind nicht auf eine mangelhafte Gummiqualität zurückzuführen, sondern vielmehr auf:
Der „keilförmige Spalt“ an der Verbindungsstelle zwischen Ventilsitz und Ventilkörper wird nicht ausreichend berücksichtigt.
Langfristige Flüssigkeitserosion → Mikrorisse → Blasenbildung und Ausbeulung des Gummis
Der letzte Schritt ist das lokale Versagen des Ventilsitzes.
3. Warum werden elastische Absperrklappen weltweit eingesetzt?
Neben den geringen Kosten gibt es drei weitere, wichtigere Gründe:
3.1. Extrem hohe Fehlertoleranz
Im Vergleich zu Metalldichtungen weisen Gummidichtungen aufgrund ihrer hervorragenden Elastizität eine hohe Toleranz gegenüber Montageabweichungen und leichten Verformungen auf.
Selbst Fehler bei der Rohrvorfertigung, Flanschabweichungen und ungleichmäßige Schraubenspannungen werden durch die Elastizität des Gummis aufgefangen (dies ist natürlich begrenzt und unerwünscht und wird auf lange Sicht Schäden an der Rohrleitung und dem Ventil verursachen).
3.2. Beste Anpassungsfähigkeit an Systemdruckschwankungen
Gummidichtungen sind nicht so "spröde" wie Metalldichtungen; sie gleichen Druckschwankungen in der Dichtungslinie automatisch aus.
3.3. Niedrigste Gesamtlebenszykluskosten
Hart abgedichtete Absperrklappen sind zwar langlebiger, aber die Anschaffungs- und Stellantriebskosten sind höher.
Im Vergleich dazu sind die gesamten Investitions- und Wartungskosten von elastischen Absperrklappen wirtschaftlicher.
4. Schlussfolgerung
Der Wert vonElastische Absperrklappenist nicht nur "weiche Abdichtung"
Weichdichtende Absperrklappen mögen einfach erscheinen, doch wirklich hervorragende Produkte basieren auf strengen ingenieurtechnischen Prinzipien, darunter:
Präzise Kompressionszonenkonstruktion
Kontrollierte Gummileistung
Geometrische Übereinstimmung von Ventilkörper und Ventilschaft
Ventilsitzmontageprozess
Drehmomentmanagement
Lebenszyklustests
Dies sind die entscheidenden Faktoren für die Qualität, nicht die „Materialbezeichnung“ und die „äußere Struktur“.
HINWEIS: * DATEN beziehen sich auf diese Website:https://zfavalves.com/blog/key-factors-that-determine-the-quality-of-soft-seal-butterfly-valves/
Veröffentlichungsdatum: 09.12.2025